Yorulma Deneyi

0
1418

Bir çok makine parçaları ve yapı elemanları kullanılma esnasında tekrarlanan gerilmeler (yükler) ve titreşimler altında çalışmaktadırlar. Tekrarlanan gerilmeler altında çalışan metalik parçalarda, gerilmeler parçanın statik dayanımından küçük olmalarına rağmen, belirli bir tekrarlanma sayısı sonunda genellikle yüzeyde bir çatlama ve bunu takip eden kopma olayına neden olurlar. «YORULMA» adı verilen bu olay ilk defa 1850 – 186O yılları arasında Wöhler tarafından incelenmiş ve teknoloji ilerledikçe mühendislik uygulamalarında daha fazla önem kazanmıştır. Otomotiv ve uçak endüstrisindeki parçalar ile kompresör, pompa, türbin gibi makinelerin parçalarında görülen mekanik hasarların yaklaşık % 90’ı yorulma sonucunda olmaktadır.

Yorulma olayına, parçaya sadece dışardan uygulanan mekanik kuv vetler değil, ısıl genleşme ve büzülmelerden doğan ısısal gerilmeler de neden olabilmektedir.

Yorulma olayında çatlama genellikle yüzeydeki bir pürüzde, bir çentikte, bir çizikte, bir kılcal çatlakta veya ani kesit değişimlerinin olduğu yerde başlar. Çatlak teşekkülü için genellikle şu üç ana faktör gereklidir:

  • Yeteri derecede yüksek bir max. çekme gerilmesi,
  • Uygulanan gerilmenin oldukça geniş değişimi veya dalgalanması,
  • Uygulan an gerilmenin yeteri kadar büyük tekrarlanma sayısı.

Bu ana faktörlerin yanında çok sayıda, yanfaktörler de sayılabilir; örneğin yüzey kalitesi, korozyon, sıcaklık, aşırı yükleme, kalıcı iç gerilmeler, bileşik gerilmeler, gerilim konsantrasyonu, frekans, mikro yapı (tane boyutu, faz dağılımı, inklüzyonlar, v.s.) gibi.

Yukarda sayılan faktörler göz önünde bulundurulacak olursa, metalik parçanın yorulma direncini ve yorulma ömrünü arttırmak için, etkili faktörleri en zararsız halde bulunduracak çok iyi bir dizayna gerek vardır. Ancak küçük bir yorulma deneyi numunesi üzerinde yapılan deney sonuçlarını karmaşık bir parça veya konstrüksiyon dizaynında kullanmak oldukça güçtür. Laboratuarda, standart boyut ve belirli yüzey özelliğindeki numuneye, belirli türde sabit gerilmeler uygulanarak deney yapılır. Endüstride kullanılan parçada ise koşulların hepsi değişiklik gösterirler. Karmaşık olmalarından dolayı bu koşulların analizi de güçtür. Bu nedenlerle yorulma deneyi sonuçları, mühendislik uygulamalarında çekme deneyi sonuçları gibi kesin ve tam güvenilir şekilde kullanılamazlar. Yorulma deneyi sonuçları belirli koşullar için fikir verir ve benzer koşulların bulunabileceği parça dizaynında gerekli önlemlerin alınmasında yardımcı olur.

Faktörlerin çok sayıda olmaları ve karmaşık etkilerde bulunmaları, uzun yıllar yorulma deneyi ile ilgili standartların hazırlanamamasına neden olmuştur. Değişik araştırıcı ve araştırma merkezleri özel cihazlar ve özel numuneler kullanarak konuyla ilgili çalışmalarını sürdürmüşlerdir. Son yıllarda bazı ülkelerde hazırlanan standartlar da yine belirli koşullar için sınırlandırılmışlardır. [1]

Adsız

Şekil 12. Dönen Destekli Kiriş Yorulma Test Düzeneği

Yorulma deneyi sonuçlarının bir anlam verebilmesi için aşağıdaki bilgilerin belirtilmesi gerekir;

1. Malzeme özellikleri :

  • Malzeme cinsi,
  • Malzemenin piyasaya sunuluş durumu (örneğin levha, çubuk, döküm gibi),
  • Ergitme ve döküm koşulları,
  • Son mekanik işlemler ve ısıl işlemler,
  • Kimyasal bileşim,
  • Yüzey durumu ve kalitesi (örneğin haddelenmiş durumda, yüzeyi taşlanmış, yüzeyi parlatılmış gibi)

2. Deney numunesinin şekil ve boyutları.
3. Deney cihazının tipi, çalışma prensibi ve deneyin yapılışı esnasında uygulanan gerilme ile frekans.
4. Deneyin yapıldığı ortamın koşulları ve sıcaklığı.
5. Bazı hallerde malzemenin diğer mekanik özellikleri ile metalografik yapısı.

Son yıllarda özellikle önemli parçaların yorulma özelliklerini elde edebilmek için, standart bir deney numunesi yerine, parçanın kendisi özel cihazlarda çalışma koşullarına benzer koşullarda deneye tabi tutulmaktadır. Böylece daha güvenilir sonuçlara varılmaktadır.[1]

YORULMA DENEYİ TÜRLERİ

Çalışma esnasında bir parçaya gelecek gerilme değişik tür ve şiddette olabilir. Ancak yorulma deneylerinde, malzemelerin tekrarlanan dinamik zorlamalar karşısında göstereceği direnç hakkında kantitatif bilgiler edinebilmek için, uygulamada en sık rastlanan belirli gerilme türleri ele alınmıştır. Bu tür gerilmelerin düzgün periyodlarla uygulanması halinde elde edilen sonuçlar kriter kabul edilerek teknik yorumlar yapılabilmektedir.

Deneyde kullanılan gerilme türü, yorulma deneyine de adını vermektedir. Gerilme türüne göre başlıca yorulma deneyi türleri şunlardır :

  • Eksenel gerilmeli yorulma deneyi,
  • Eğme gerilmeli yorulma deneyi,
  • Burma gerilmeli yorulma deneyi,
  • Bileşik yerilmeli yorulma deneyi.

S – N DİYAGRAMI (Wöhler Diyagramı) :

Bu diyagram, farklı sabit gerilmeler altında malzemenin kaç çevrim sonunda çatlayacağını veya kırılacağını gösteren bağıntıyı verir. S – N eğrisinin çizilmesi için genellikle 8 ila 12 benzer numune kullanılır. Ortalama gerilme (Sm) tüm deneylerde sabit kalmak üzere numunelerin herbirine farklı periyodik gerilmeler uygulanarak numunenin çatlamasına (veya kırılmasına,) kadar geçen çevrim sayısı (N) tesbit edilir. Küçük gerilmeler için çatlamanın görüleceği çevrim sayısı çok büyük olacağından, önceden belirlenen çevrim sayısına kadar deney devam ettirilerek malzemenin davranışı izlenir. Deneylerin tümünde gerilme genliği (Sa) deney süresince sabit tutulur.

Gerilme ekseni olan ordinatta genellikle doğrusal, bazı hallerde ise logaritmik skala kullanılır ve bu eksende ya max. gerilme (Smax), ya min. gerilme (S min) veya gerilme genliğinden (Sa) biri kaydedilir. Çevrim sayısı ekseni olan apsiste ise genellikle logaritmik skala kullanılır.[2]

S – N eğrileri 10 6 çevrimden sonra genellikle apsis eksenine asimptotik bir durum gösterirler.

Adsız

Şekil 13. Demir ve Demir – Dışı Malzemelere Ait Tipik S – N Diyagramı

YORULMA DENEYİ CİHAZLARI

Yorulma deneyinde kullanılan cihazlar çok çeşitli olmalarına rağmen, bu cihazları numuneye uyguladıkları gerilme türü açısından 4 ana grupta toplamak mümkündür ;

1. Eksenel çekme – basma gerilmeleri uygulayan cihazlar
2. Eğme gerilmeleri uygulayan cihazlar

  • Düzlemsel eğme gerilmesi uygulayanlar
  • Dönen eğme gerilmesi uygulayanlar

3. Burma gerilmesi uygulayan cihazlar
4. Bileşik gerilme uygulayan cihazlar

Yukarıda belirtilen her bir grup için değişik firma ve araştırma merkezlerince farklı cihazlar geliştirilmiştir. Bu cihaz grupları içinde en çok kullanılanı, çalışma prensibi en basit olan eğme gerilmesi uygulayan cihazlardır. Bunlar içinde düzlemsel eğme gerilmesi uygulayanlar genellikle yassı ürünler için kullanılmaktadır.

Malzemesi deneye tabi tutulacak parça çalışma esnasında ne tür gerilmelere uğrayacaksa, o tür gerilmelerin uygulandığı deney cihazının seçilmesi gerekir. Aksi takdirde elde edilen sonuçlar güvenli olamaz.

Yorulma deneyi cihazları, çalışma prensiplerine göre de mekanik, elektromekanik, manyetik, hidrolik ve elektrohidrolik cihazlar diye sınıflandırılabilirler.

Yorulma deneyi cihazlarının tümünde en önemli özellik deney süresince istenen türde ve istenen mertebede gerilmenin sağlanabilmesidir. Deney süresince, uygulanan yükte meydana gelecek değişim, cihazın çalışma kapasitesinin % 2’sini aşmamalıdır. Cihazlarda uygulanan kuvvetleri gösterebilecek ve kontrolünü sağlayabilecek düzen bulunmalıdır.

Adsız

Deney cihazlarında çevrim sayısını kaydeden sayaç bulunmalıdır. Sayaç, numune kırıldığı anda otomatikman durabilecek özelliğe sahip olmalıdır.

Kullanılacak numune tipi ve boyutu genellikle cihazın tipine, kapasitesine ve boyutuna bağlıdır. Son yıllara kadar değişik araştırmacılar kullandıkları cihaza uygun farklı numune tipleri geliştirmişlerdir. Son yıllarda hazırlanan standartlarla numune tipleri için bazı genel kurallar geliştirilmiştir. Numune boyutları için aşağıdaki genel kurallar ön koşulmaktadır.[1]

1. Numune öylesine dizayn edilmelidir ki çatlama numunenin daraltılmış kesitinde olsun.

2. Numunenin daraltılmış kesiti öylesine seçilmelidir ki max. gerilmenin mutlak değeri deney cihazının çalışma kapasitesinin en az % 25’inde, min. gerilmenin mutlak değeri ise cihazın çalışma kapasitesinin en az % 2,5’inde oluşsun.

3. Numune boyutları öylesine seçilmelidir ki numunenin doğal frekansı, cihazın frekansının en az iki misli olsun.

Numunenin alındığı parçanın dikdörtgen veya dairesel kesitli olmasına göre ASTM standardındaki numune şekilleri değişmektedir.

Malzemede Yorulma Olayına Etki Eden Faktörler:

  • Malzeme Cinsinin, Bileşiminin Ve Yapısının Etkisi,
  • Yüzey Özelliklerinin Etkisi,
  • Çentik Etkisi,
  • Gerilmelerin Etkisi,
  • Korozyonun Etkisi,
  • Sıcaklığın Etkisi,
  • Frekansın (Deney Hızının) Etkisi.

YORULMA DENEYİ SONUÇLARI:

Yorulma testi bir parçanın ne kadar süreyle dayanabileceğini veya kopma olmaksızın uygulanabilecek maksimum yüklemeleri belirler.

Yorulma Ömrü: Yorulma ömrü, bir malzemeye tekrarlı gerilim (σ) uygulandığında malzemenin ne kadar süreyle hizmet vereceğini bildirir. Ömrü süresince 100.000 devir yapmak zorunda olan bir takım çeliği tasarlanırsa, o zaman parça 620 MPa’dan daha az bir uygulama gerilimine maruz kalacak şekilde tasarlanmalıdır (Şekil 13.).

Yorulma Sınırı: Yorulma sınırı, tercih bir kriter olarak yorulma ile kopmanın asla olmadığı gerilimdir. Yorulma sınırında uygulanan gerilim (S) ve devir sayısı (N) eğrisi paralel olur. Takım çeliğinin kapmasını önlemek için uygulanan gerilimin 414 Mpa’dan daha az olacak şekilde tasarlanmalıdır (Şekil 13.).

Yorulma Dayanımı: Pek çok alüminyum alaşımını da içeren bazı malzemeler gerçek yorulma sınırına sahip değildir. Bu malzemeler için minimum yorulma ömrü belirlenebilir; bu durumda yorulma dayanımı, bu zaman periyodunda yorulmanın olmadığı yorulma dayanımının altındaki gerilimdir. Pek çok alüminyum alaşımlarında yorulma dayanımı için 500 milyon devir esas alınır.[2]

 

KAYNAK: teknolojikarastirmalar.com

Henüz Yorum Yok

CEVAPLA